CRH380A动车组制动系统常见故障处理方法与改进方案.doc
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摘要
随着高速铁路在我国的普及，动车组的运行安全问题受到越来越多的关注。
如何保障列车安全可靠的运行，成为近期的研究热点和难点问题。
制动控制系统作为动车组制动系统的关键组成部分，能否正常稳定工作，直接影响动车组的安全可靠运行，因此对制动控制系统的故障处理显得尤为重要和关键。
由于动车组制动控制系统的复杂性及引进消化吸收的时间不长，制动控制系统故障仍较为多发，严重影响着动车组的正常稳定可靠运行。
因此本课题对动车组制动控制系统中关键设备和部件的故障及潜在故障隐患开展深入研究，分析了常见故障的出现原因和处理方法，同时详细介绍了常见故障的处理步骤。
以及提出了故障处理的改进方案，用于动车组制动控制系统关键设备和部件的故障处理，以提高制动控制系统的可靠性、稳定性。
关键词：
制动系统；故障；处理方法；改进方案
目录
第1章绪论 1
1.1选题背景 1
1.2主要内容 2
第2章CRH380A动车组制动系统 3
2.1CRH380A动车组介绍 3
2.2动车制动系统的设计原则和技术参数 4
2.3动车组制动系统组成 5
第3章动车组制动系统常见故障及处理方法 11
3.1制动不缓解 11
3.2MMI制动界面制动功能为‘？
’状态 13
3.3雨刷故障 14
3.4BCU电源故障MMI显示故障代码为6583 15
3.5BCU电源故障MMI显示故障代码为658A 15
3.6防滑器排风阀故障 16
3.7制动力高低阶转换故障MMI显示故障代码为170C9 17
3.8常见制动失效 18
第4章动车组制动系统故障处理改进方案 20
4.1制动系统的故障诊断系统 20
4.2制动系统的安全措施 20
参考文献 25
致谢 26
第1章绪论
1.1选题背景
随着高速动车组在我国的飞速发展，动车组运行的可靠性和安全性受到越来越多的关注。
作为动车组九大关键技术之一，制动系统能否稳定可靠工作直接关系到动车组的安全稳定运行。
而制动控制系统作为制动系统的大脑和控制核心，负责制动系统的操作和具体执行，其工作安全可靠性显得尤为重要。
制动控制系统是一个复杂的系统，产生故障的环节较多，如制动控制系统制动控制单元通讯故障可能涉及到内部所有控制板的工作状态；制动控制系统中的传感器故障可能导致列车制动性能的下降或斎乱。
由于列车在运用过程中，工作环境和列车操作状态等会实时发生改变，从而导致制动控制系统的某一故障可能只有在特定的条件下才能够出现。
因此有些故障需要结合车型和设备类型才能査找故障的根本原因。
当前大部分的动车组制动系统及其制动控制系统都已经具有一定的自诊断功能图能够诊断出常见的系统故障，但是由于出现故障的不可预知性和系统运行现场环境的多变性等因素，工作人员无法完全知道整个系统可能出现的所有故障。
另一方面，设备的自诊断功能也不能诊断出设备运行的所有故障和其自身内部的故障，有些故障需要通过电压、电流、温度、压力和速度等特征描述，需要应用信号处理、数据挖掘和信息融合等多种技术进行分析。
由于这些技术的先进性、复杂性和智能化高等特点，往往需要专门的维修人员到现场维修，这就导致故障拖延时间长、故障原因查不清楚和维修费用高等问题。
目前，对列车走行部的状态监测与故障诊断研究进行的比较多，并取得了不少的成果。
但是，对于动车组制动控制系统的故障特征提取技术和智能化故障诊断方法的研究还很少，基于此本课题对动车组制动控制系统的故障特征提取技术和智能故障诊断方法开展深入研究，就是要运用当前先进的智能故障诊断技术对动车组制动控制系统进行实时状态监测、故障诊断以及故障预测。
通过采用先进的故障特征提取技术和智能故障诊断方法，可以提高动车组制动控制系统故障诊断的鲁棒性和精确性，降低漏诊率和误诊率，为动车组的维修和检修人员提供准确的珍断决策，对早期潜在故障隐患做出预警和预测，提高动车组的主动安全防护能力。
1.2主要内容
本文以CHR380A动车组制动系统为研究对象，主要介绍了CHR380A动车组以及其制动系统的组成，在此基础上对动车组制动控制系统中关键设备和部件的故障及潜在故障隐患开展深入研究，分析了常见故障的出现原因和处理方法，同时详细介绍了常见故障的处理步骤，以及提出了故障处理的改进方案。
25
第2章CRH380A动车组制动系统
2.1CRH380A动车组介绍
CRH380A型电力动车组由CRH2C发展而来，是中华人民共和国铁道部为营运新建的高速城际铁路及客运专线，由南车青岛四方机车车辆股份有限公司在张曙光领导下自主研发的CRH（中国铁路高速列车）系列高速动车组，也是“中国高速列车自主创新联合行动计划”的重点项目，最高营运速度380公里/小时。
中国铁道部将所有自行发展关键技术、引进国外技术、联合设计生产的中国铁路高速（CRH）车辆均命名为“和谐号”。
CRH380A系列为动力分散式、交流传动的电力动车组，采用了铝合金空心型材车体。
表1详细技术参数
编组形式
4M4T，可两列重联
动力配置
2（2M+1T）+2T
编组重量
380t
编组长度
200.67m
总牵引功率
8800kW
动轴数
16
单电机功率
550kW
平均功率
21.05kW/t
运营时速
350km/h
试验速度
≤400km/h
转向架轴重
15t
车辆宽度
2.950m
车辆高度
3.890m
中间车长度
24.775m
头车长度
25.675m
转向架轴距
2.500m
转向架中心距
17.375m
辅助供电制式
3相440V80Hz，DC110V
列车控制网络系统
车载分布式计算机网络系统
图1CRH380A动车实物图
2.2动车制动系统的设计原则和技术参数
2.2.1设计原则
根据既有CRH380A型高速动车组总体技术要求和相关标准要求，在研究既有高速动车组制动系统功能、性能和接口技术、运用情况基础上，自主研制并掌握制动系统的核心技术，完成制动系统和关键部件的正向设计和自主化设计、研制和地面试验，功能、参数及接口与CRH380A型高速动车组一致，能够实现与原车整机及部件级对等替代，并按照中国铁路总公司要求进行方案评审、试用评审后开展系统装车应用考核工作。
2.2.2环境条件
海拔：
≤1500m；
使用环境温度：
-40～40℃；
月平均最大相对湿度：
不大于95%（该月月平均最低温度为25℃）；
最大风速：
一般年份15m/s，偶有33m/s；
运行环境：
有风、沙、雨、雪天气，偶有盐雾、酸雨、沙尘暴等现象。
2.2.3路线条件
正线最大坡度：
12‰，困难条件下20‰；
站段联接线坡度：
不大于30‰。
2.2.4车辆条件
轴重：
<17t；
车轮直径（新轮/磨耗到限）：
非动力转向架920/860mm，动力转向架920/830mm。
2.2.5制动系统主要技术指标
总风压力：
最大压力1000kPa，正常工作压力750～900kPa；
运行速度：
正常运行速度300km/h，最高运行速度350km/h；
常用制动冲动极限：
≤0.75m/s3；
紧急制动减速度：
≤1.2m/s2；
紧急制动距离：
初速度300km/h时≤3800m，初速度350km/h时≤6500m；
紧急制动时制动缸升至最高压力90%的时间：
<2.3s；
满载时列车具备在30‰坡道上安全停放的能力。
2.3动车组制动系统组成
2.3.1制动系统的组成
图2动车组制动系统组成图
自主化CRH380A型动车组制动系统是按照“故障－安全”原则设计的微机控制式直通式电空制动系统。
制动系统由司机制动指令设备、制动控制系统、车轮防滑保护系统、风源系统、基础制动装置、辅助装置等组成，具有常用制动、紧急制动、防滑控制、停放制动、备用制动等功能，并设有与车载列车运行控制系统的接口。
制动系统采用空电复合制动模式，电制动优先，电制动能力不足时采用空气制动。
各车微机控制装置通过网络或列车硬线接收司机制动请求，直接控制各车制动缸充风或排风，实施车辆制动和缓解。
系统具有控制精度高、反应迅速、操纵灵活、车辆制动同步性好等特点。
CRH380A型动车组制动系统组成见图2。
图3动车组制动系统工作原理图
图4制动控制系统原理框图
自主化动车组列车中每4辆车（2动2拖）组成一个制动单元，每个单元内用多功能车辆总线（MultifunctionVehicleBus，MVB）贯穿单元各车辆系统或设备，各单元间通过列车通信网络（TrainCommunicationNetwork，TCN）网关与绞线式列车总线（WireTrainBus，WTB）连接，完成列车级信息传递。
制动系统分为三级管理与控制，其中列车制动管理器（TBM）负责列车制动管理、压缩机管理和制动试验等功能，管理和汇总的信息通过MVB/WTB在列车中传输。
制动单元管理器（SBM）负责本单元的制动管理、汇总本单元状态信息，并完成TBM与车辆制动控制单元（BCU）、中央控制单元（CCU）之间信息的转发。
车辆BCU负责本车的制动控制、防滑控制、制动诊断等。
BCU接收SBM转发的列车制动指令，并将控制和诊断信息通过MVB传输给SBM。
制动力管理与指令传输流程见图5。
图5制动力管理与指令传输流程图
每辆车都有一个制动控制单元，端车BCU除管理本车制动系统控制和诊断外，还担负着本单元内的制动管理任务。
如果端车是头车，该车BCU还将作为列车主控单元，担负着列车的制动管理任务。
当TBM接到来自制动控制器或列车控制系统的制动指令后，负责整列车的制动力计算和分配，并通过MVB和WTB将制动力分配信号发送至各单元的SBM，SBM进行单元内电制动和空气制动的分配。
SBM将制动指令通过WTB传送给各车BCU，各车BCU对本车进行制动控制。
2.3.2常用制动控制
列车正常运行时主要采用常用制动。
常用制动采用减速度控制方式，根据速度和司机控制器手柄级位确定出目标减速度，进而计算出应施加的制动力。
目标减速度和实际制动力会跟随速度不同实时调整。
制动力还会根据制动负荷大小自动调整。
常用制动减速度曲线见图6。
图6常用制动减速曲线图
2.3.3紧急制动控制
紧急制动有复合制动和纯空气制动2种模式，紧急制动时将产生最大制动力并达到最大减速度。
紧急制动时既要考虑轮轨间的黏着情况，又要考虑制动盘的热负荷承受能力，因此采用减速度分级控制方式，分级控制点分别是200km/h、300km/h。
各速度下实施的制动力根据制动盘热容量、黏着系数和电制动特性给出。
2.3.4复合制动控制
自主化CRH380A型动车组制动系统采用先进合理的全列车复合制动模式，充分发挥全列车的电制动作用。
常用制动时优先在列车内使用电制动，只有当整列车电制动力不足或电制动失效时才施加空气制动。
列车紧急制动时也是优先采用复合制动控制，这样可以把摩擦制动产生的排放减到最小。
复合制动减速度曲线见图7。
图7复合制动控制图
由图7可以看出，在列车施加4N级及以下常用制动时，电制动力完全可以满足列车制动力需要。
只有在制动级位高于5N时，才需要补充空气制动力。
2.2.5制动防滑控制
自主化CRH380A型动车组制动系统防滑系统按照减速度准则和速度差准则进行防滑控制。
每辆车的防滑装置检测本车4根轴的速度信号，并进行列车基准速度、速度差、减速度等计算。
当轴减速度小于临界值时，以最高的轴速度作为列车速度；当轴减速度大于临界值时，按临界减速度基准计算列车速度。
高速列车制动力的实施取决于轮轨黏着状态，而轮轨黏着系数随着速度的提高呈下降趋势，使得高速制动时出现滑行可能性更大。
通过对动车组制动时轮轨黏着机理和既有高速列车试验数据的分析，掌握了高性能制动防滑控制技术，保证列车在各种速度制动时迅速适应轮轨状态的变化，既能有效进行车轮滑行保护控制，又能充分利用轮轨间的黏着力。
对于空电复合制动出现滑行时，动车首先实施电制动防滑，但电制动连续降低超过一定时间时，则将减小或切除电制动而实施空气制动防滑，以防止轮对擦伤。
拖车轴上没有电制动，仍按空气制动方式进行防滑控制。
由于优化了防滑控制系统基准速度的计算方法，有效解决了黏着持续降低尤其是一辆车4个轴同时发生滑行时，基准速度与列车实际速度的偏差会不断积累增大的问题，增加了在车轮滑行较严重时采取主动防滑控制的措施，保证了制动力的正常发挥，又防止车轮滑行和擦伤。
2.3.6备用制动和停放制动
当电空制动系统出现故障或列车需要回送、救援时，列车可用备用制动装置限速运行。
备用制动是通过备用司控器控制列车管（BP）的压力，进而控制每辆车的分配阀和中继阀，使制动缸制动或缓解。
停放制动采用弹簧储能停放制动方式，保证列车能够安全停放在规定坡道上。
第3章动车组制动系统常见故障及处理方法
3.1制动不缓解
3.1.1停放制动不缓解
故障原因：
BCU问题（软件问题）或制动缸问题。
处理方式：
停车处理。
处理步骤：
（1）重新启动司机室内BCU1，BCU2：
先将28－F12断开，再断开28－F11，经过一段时间之后在先后对28－F1、28－F12进行闭合；
（2）缓解停放制动按钮此时停放制动指示灯停止闪烁就说明该系统正常使用；
（3）如果经过上述操作之后制动依然如何工作，那就要采取以下措施：
及时通知维修人员到故障车内进行检查，及时关闭故障车的H29阀，以防出现安全事故，
同时也要积极实施停放制动紧急缓解，并且要对该操作进行确认，保证各项安全应急处理操作完成之后通知司机。
3.1.2紧急制动不缓解
故障原因：
对于该问题的故障分析需要相关人员在处理过程中逐一进行判断与断定。
处理方式：
停车处理。
处理步骤：
（1）首先检查拖拽开关是否在开位，如果在开位，则进行下一步；
（2）将ETCS至于关位置。
如果此时列车管的压力能够及时的恢复正常就说明列车在没有监控回路的情况下是能够运行的，如果列车管的压力没有恢复则对改开关进行相反的设置；
（3）对转向架监测回来开关进行设置，如果将其设定在关的位置，如果列车管的压力恢复正常就说明改部位没有故障，如果不能及时恢复压力就要对开关进行重设；
（4）对各个相关开关进行分别的设置：
首先是对停车制动监测回路开关进行设置，当开关位于关位置的时候，如果列车管的压力能够及时恢复，并且在没有紧急制动回路功能的时候能够运行，就说明没有问题，对此需要进行下一步的检测，以此发现问题，
其次对紧急制动回路设置进行关位设置。
此时同上述一样，如果没有紧急制动回路其功能还能进行，就说明该部分没有问题，
最后是对紧急制动阀的设置，当紧急制动阀处于关位置时，如果列车管的压力恢复正常，该操作仍然继续使用，否则将紧急制动回路开关和紧急制动阀开关置开位；
（5）将非操作端紧急制动阀开关置关位，若列车管压力恢复正常，则在停用紧急制动阀的情况下继续运行，否则则通知司机请求救援；
（6）在完成以上操作之后仍然不能继续运行或者找不到故障的，需要向有关技术人员求援。
3.1.3常见制动不缓解
故障原因：
BCU故障或硬件故障。
处理方式：
停车处理。
处理步骤：
（1）重新启动司机室内BCU1，BCU2：
先将28－F12断开，再断开28－F11；10秒后，先将对28－F11闭合，再将28－F12闭合；
（2）将制动手柄推至缓解位OC常用制动缓解制动系统恢复正常，若制动不缓，
解随车机械师到另一端司机室进行同样的BCU复位；
（3）如果BCU复位后常用制动仍不能缓解，则根据故障提示通知机械师到空气制动不能缓解的故障车；
（4）将故障车内车辆控制面板上制动开关置关位，切除本车空气制动处理完毕通知司机限速运行；
（5）在司机室MMI制动界面观察制动不起作用继续运行。
图8制动不缓解故障处理流程图
3.2MMI制动界面制动功能为‘？
’状态
故障现象：
MMI制动界面显示部分车制动功能为‘？
’状态
故障原因：
BCU故障或MVB故障。
处理方式：
停车处理。
处理步骤：
（1）先将28－F12断开，再断开28－F11；然后，先将对28－F11闭合，再将28－F12闭合；
（2）按MMI指示，重新进行制动试验，制动界面问号消失；
（3）若制动界面问号未消失，故障车如果不是头车，机械师可以关闭故障车制动，限速运行，如果故障车为头车，禁止行车。
图9MMI制动界面制动功能为‘？
’状态时处理流程图
3.3雨刷故障
故障现象：
雨刷不能正常动作或不动作或雨刷不喷水
故障原因：
雨刷控制电路故障或水箱无清洗液
处理方式：
继续行车进站后处理
处理步骤：
（1）如果雨刷不能正常动作或不动作随车机械师断开雨刷器控制开关71－F11或71－F15此开关位于司机室门右侧CCU2处开关面板上；
（2）将雨刷工作模式开关置于非０模式；
（3）随车机械师重新闭合断开的雨刷器控制开关；
（4）如果发生紧急情况，比如：
没有电源，或没有向电子控制装置发出信号，或发出的信号不正确，或电子启动装置失灵，则需要将气动装置上的手动阀柄从“正常操作”（OFF）位置移动到“紧急操作”（ON）位置，雨刷臂将会继续双向摆动保证紧急情况下的使用；
（5）如果雨刷不喷水查看头车右侧外门左下部水量显示标志是否小于14如果是则向水箱中加入专用清洗液。
图10雨刷故障处理流程图
3.4BCU电源故障MMI显示故障代码为6583
故障现象：
MMI显示故障代码为6583。
故障原因：
BCU电源故障。
处理方式：
停车检查。
处理步骤：
（1）根据故障，提示通知机械师检查该故障点状况；
（2）根据故障代码，确认故障，并进行相应处理；接通司机室柜左侧上MCB面板上的MCB28－F11‘BCU（BD）’，如果没有成功，则在故障车内车辆控制面板上将制动开关置‘关’位，切除本车空气制动，按限速200km/h运行。
3.5BCU电源故障MMI显示故障代码为658A
故障现象：
MMI显示故障代码为658A。
故障原因：
BCU电源故障。
处理方式：
停车检查。
处理步骤：
（1）根据故障，提示通知机械师检查该故障点状况；
（2）根据故障代码，确认故障，并进行相应处理；接通司机室柜左侧上MCB面板上的MCB28－F11‘BCU（BN1）’，如果没有成功，则在故障车下制动阀板处操作塞门B15置关断位，切除本车空气制动，按限速200km/h运行。
图11BCU电源故障处理流程图
3.6防滑器排风阀故障
故障现象：
ＭＭＩ显示故障代码为1710、1713、1723、1742、1730、1733、1743。
故障原因：
防滑排风阀故障或排风阀线路故障。
处理方式：
到站后处理。
处理步骤：
（1）根据故障提示，通知机械师检查该故障点状况；
（2）机械师确认故障后，并进行以下处理；在故障车内车辆控制面板上将制动开关置关位，切除本车空气制动，通知司机，处理完毕；
（3）司机按ＭＭＩ指示进行制动试验第２、３项并确认车辆状态；按限速280km/h运行。
图12防滑器排风阀故障处理流程图
3.7制动力高低阶转换故障MMI显示故障代码为170C9
故障现象：
当列车出现制动故障且MMI显示故障代码为170C9。
故障原因：
制动力高低阶转换故障。
处理方式：
到站后处理。
处理步骤：
（1）根据故障提示，通知机械师检查该故障点状况；
（2）机械师确认故障后，并进行以下处理；在故障车内车辆控制面板上将制动开关置关位，切除本车空气制动，通知司机，处理完毕；
（3）司机按MMI指示进行制动试验第2、3项并确认车辆状态；按限速280km/h运行。
图13制动力高低阶转换故障处理流程图
3.8常见制动失效
故障现象：
直通式电空制动控制失效，MMI显示故障代码为1610、1810；制动手柄C23失效，MMI显示故障代码为1617、1817。
故障原因：
常用制动失效。
处理方式：
停车检查。
处理步骤：
（1）通过推制动手柄EB位或使用司机室右侧蘑菇头按钮，施加紧急制动停车；
（2）打开司机台下面右侧柜中间接制动C14阀，激活备用制动模式限速80km/h继续运行。
图14常见制动失效故障处理流程图
第4章动车组制动系统故障处理改进方案
随着中国高速列车运行速度的提高，制动负荷急剧增加制动系统也愈加复杂。
和谐号动车组制动系统包括许多部分。
如何对如此复杂的制动系统进行故障诊断并能够在危急情况下采取措施使列车安全停车，是一项重大的课题。
目前国内外先进的高速列车制动系统均是按照“故障－安全”原则设计的微机控制电空制动系统，但中国的线路条件、列车运用等情况与国外有诸多不同，制动系统在运用过程中出现了一些前所未有的问题，这就更需要一套可靠的故障诊断系统及安全措施。
4.1制动系统的故障诊断系统
4.1.1制动系统的故障诊断系统介绍
制动系统的故障诊断单独成系统，诊断内容包括：
（1）板卡自检；
（2）板卡间CAN通讯诊断；
（3）制动控制单元BCU与多功能列车总线MVB间通讯诊断器件诊断、如压力传感器速度传感器等；
（4）子系统诊断（如防滑系统悬挂系统等）；
（5）系统级诊断（列车配置、列车制动、有效率列车制动力分配等）。
故障诊断结果存储在各车辆的制动控制单元内，存储内容包括故障代码、故障发生的时间、故障消除的时间、故障发的次数，以确定故障发生时刻列车的运行工况，便于分析故障发生的原因，也利于对故障进行统计。
除了存储，故障诊断的结果还通过多功能列车总线MVB实时发送到列车中央控制单元CCU和司机显示屏上面，列车中央控制单元根据故障对行车安全的影响程度对列车进行限速或触发紧急停车，司机可以根据显示屏的提示进行相应的处理。
4.2制动系统的安全措施
制动系统的改进安全措施如下图所示。
图15制动系统故障处理改进方案
4.2.1进行制动试验对紧急制动有效性进行确认
在列车出库运行之前司机必须进行制动试验以确认制动系统的紧急制动有效性。
列车的紧急制动有效性是以紧急制动有效率来衡量的紧急制动有效率定义为：
η＝（ｎ÷Ｎ）×１００％
η为列车紧急制动有效率；ｎ为能有效执行紧急制动的车辆的数量；Ｎ为列车编组的车辆总数。
紧急制动有效率的确认主要通过直接制动、间接制动和紧急制动３项试验来进行。
在不同的紧急制动有效率条件下，应对列车进行相应的限速运行控制。
4.2.2根据常用制动有效率动态分配列车制动力
在列车运行过程中，诊断系统实时监控各车辆的制动有效性，并计算列车的常用制动有效率。
常用制动有效率定义为：
η’＝（ｎ÷Ｎ）×100%
η’为列车常用制动有效率；ｎ为能有效执行常用制动的车辆的数量；Ｎ为列车编组的车辆总数。
CRH380A型车组采用全列车空电复合的制动模式，常用制动时优先使用电制动，充分发挥全列车的电制动作用。
当电制动力不足或者电制动失效需要空气制动作为补充时，施加空气制动，把摩擦制动产生的排放和损耗减少到最小。
在列车进行常用制动过程中，各车的空气制动力分配主要参考了常用制动有效率，若常用制动有效率发生改变，则重新分配制动力。
4.2.3设置列车安全环路保证列车在紧急情况下停车
作为一个安全保障原则，动车组设置有安全回路，在紧急情况下能够触发紧急排风阀使列车紧急制动，安全回路是贯穿于全列车的硬线，回路包括控制线和回路线，它提供了独立于列车控制系统的监测功能。
安全回路系统由蓄电池110V电源向列车控制线和回路控制线供电，该回路的执行也通过布置于整列车，即从头车到尾车的监控接触元件回路继电器实现的，回路控制线的信息
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